CN104528568B - 一种升降机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种升降机器人控制技术领域，具体的说，涉及一种升降机器人系统。本发明包括：用于爬行绳索的电机、用于控制电机移动的驱动电路、用于锁死电机转子的抱闸、用于控制抱闸工作的抱闸电路、电源转换电路以及控制电路；电源转换电路对抱闸电路、控制电路、驱动电路供电，电源通过驱动电路对电机供电，控制电路分别与抱闸电路、驱动电路信号连接。本发明提供一种升降机器人系统，通过控制电路控制电机的旋转角度，达到准确输送目的，同时设置抱闸以及抱闸系统，可以随时暂停，操作方便。

Description

一种升降机器人系统
技术领域
本发明涉及一种升降机器人控制技术领域，具体的说，涉及一种升降机器人系统。
背景技术
随着社会的发展，建筑物的高度越来越高，一旦建筑物内出现异常情况，火警、刑警等需要快速第一时间内赶到现场，为了快速达到现场，一般采用从建筑物的天台上往下放绳索，然而这种方式需要缓慢放绳索，速度比较慢，不利于快速处理事件。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种升降机器人系统，该系统可控制升降机器人将人员快速的送至预定位置。
本发明为实现上述目的而采用的技术方案为；
一种升降机器人系统，包括：
用于爬行绳索的电机；
用于控制电机移动的驱动电路；
用于锁死电机转子的抱闸；
用于控制抱闸工作的抱闸电路；
电源转换电路；
控制电路；
电源转换电路对抱闸电路、控制电路、驱动电路供电，驱动电路控制电源对电机供电，控制电路分别与抱闸电路、驱动电路信号连接。
本技术方案在实施时，电机通过电机转子缠绕绳索或放绳索进行升降爬行，控制电路通过驱动电路驱动电机的旋转圈数或角度来控制升降机器人爬行的距离，从而实现快速的升降；当出现紧急情况时，需要临时暂停，可以通过控制抱闸电路对抱闸进行控制，抱闸锁死电机转子，进而将升降机器人控制在路中。操作简单、方便实用。升降机器人在使用时，其电源采用干电池，需要将其转换，因此设置电源转换电路，将电源转换成需要的电压。
进一步地，所述电机设有用于检测电机转子旋转角度的霍尔传感电路，霍尔传感电路与控制电路信号连接，所述驱动电路包括3个单相驱动电路，3个单相驱动电路分别与电机连接，所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；霍尔传感电路设有与3个单相驱动电路相匹配的3个反馈端，3个反馈端将检测到的电机转子位置信息发送给控制电路，控制电路判断3个单相驱动电路的导通顺序，并控制3个单相驱动电路工作。
目前电机采用三相供电模式，通过3个单相驱动电路对电机进行供电。
进一步地，所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；所述单相开关管电路包括mos管Q1、mos管Q12、高平输入端、低平输入端以及输出端；mos管Q1的源极与电源正极连接，mos管Q1的漏极分别与mos管Q12的源极、输出端连接，mos管Q12的源极接地，高平输入端通过电阻R3与mos管Q1的栅极连接，低平输入端通过电阻R25与mos管Q12的栅极连接；开关驱动电路包括启动器U12，所述系统还包括芯片U13，控制电路向U13的输入端发送控制信号，U13向相应的驱动器U12发送启动信号，驱动器U12向相应的单相开关管电路的高平输入端、低平输入端输出高电平和低电平，使得该单相开关管电路的mos管Q1导通、mos管Q12截止，并对电机供电。
进一步地，启动器U12连接有升压电路，启动器U12的HB端与VS端之间连接有电容C15，启动器U12的VCC端依次通过二极管D46、电容C15与VS端连接，VS 端还与mos管Q1的漏极连接。
由于mos管Q1导通需要使得其栅极比电源电压高4到15V，因此需要提升栅极的电压，即驱动器U12输出的高电平电压。设置升压电路后，可以提高高电平输出电压。当芯片U13向启动器U12输出PWM低电平时，U12向单相开关管的高平输入端输出低电平，mos管Q1被截止，驱动器U12的VS端为低电平，U12的电源端对电容C15进行充电；当芯片U13向启动器U12输出PWM高电平时，U12向单相开关管的高平输入端输出高电平，mos管Q1导通，VS端通过mos管Q1与电源连接，电压为VCC；此时二极管Ｄ46截止，由于C15被充电，因此HB端得到VCC加上电容C15的电压，这样便可以对mos管的栅极输出较高的高电平，使得mos管Q1能够维持导通。
进一步地，单相开关管电路的高频输入端与输出端之间设有稳压二极管D13，稳压二极管D13的正极与输出端连接。
进一步地，低频输入端通过稳压二极管D35接地，稳压二极管D35的正极接地。
进一步地，所述电阻R3并联有二极管D1，二极管D1的负极与高频输入端连接；二极管D1的正极与输出端之间设有电阻R12。
进一步地，所述电阻R25并联有二极管D24，二极管D24的负极与低频输入端连接；二极管D24的正极通过电阻R48接地。
进一步地，控制电路还连接有无线通讯模块。
无线通信模块可以为3G模块、蓝牙模块等，设置无线通信模块后，控制电路可以通过无线通信模块与外界进行通讯，控制者能远距离操控。
进一步地，还包括电压检测电路和电流检测电路；电压检测电路和电流检测电路分别与控制电路信号连接。
设置电源检测电路和电流检测电路，用于检测电池电量。其次起到保护机器人，防止过流。
本发明的有益效果为：本发明提供一种升降机器人系统，通过控制电路控制电机的旋转角度，达到准确输送目的，同时设置抱闸以及抱闸系统，可以随时暂停，操作方便。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明的开关驱动电路示意图。
图3为本发明的3相调节电路示意图。
图4为本发明的霍尔传感电路的示意图。
图5为本发明的单相开关管电路。
图6为本发明的电压检测电路。
图7为本发明的电流检测电路。
图8为本发明的控制电路。
图9为电源转换电路。
图10为抱闸电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1：见图1至图10。
一种升降机器人系统，包括：
用于爬行绳索的电机；
用于控制电机移动的驱动电路；
用于锁死电机转子的抱闸；
用于控制抱闸工作的抱闸电路；
电源转换电路；
控制电路；
电源转换电路对抱闸电路、控制电路、驱动电路供电，电源通过驱动电路对电机供电，控制电路分别与抱闸电路、驱动电路信号连接。
本技术方案在实施时，电机通过电机转子缠绕绳索或放绳索进行升降爬行，控制电路通过驱动电路驱动电机的旋转圈数或角度来控制升降机器人爬行的距离，从而实现快速的升降；当出现紧急情况时，需要临时暂停，可以通过控制抱闸电路对抱闸进行控制，抱闸锁死电机转子，进而将升降机器人控制在路中。操作简单、方便实用。升降机器人在使用时，其电源采用干电池，需要将其转换，因此设置电源转换电路，将电源转换成需要的电压。
电源转换电路参见图9，其工作原理如下：
①电池电压48V经VIN+后其中一路流向U5的第3脚向后级电路供电，一路经R112和D4后强制U5第二脚SD的电压在0~5V之间，另外一路经R110、D8、R111后共同控制三极管Q6的开关(当电池电压低于D8的22V时，电池电压全加载在 D8上，造成Q6的1脚电压为0V比2脚低从而Q6导通使U5的第2脚SD电压为低，U5关闭输出进入低功耗状态；当电池电压高于22V时，高出的电压经R110和R111平分后加在Q6的1脚上，使得Q6的1脚电压比2脚高从而Q6关闭使U5的第2脚SD电压逐渐升高，当SD电压升到1.225V~5V后，U5开启输出。如此即可避免电池过度放电以及电池电压电压低是MOS管预驱动不稳定)。U5开启后U5通过和L2、C74、R89共同震荡和D68进行续流输出，R85和R87分压后通过U5的第6脚对U5进行反馈，使得+15V的位置稳定输出12.41V供后级电路使用。
②同理，①中的12.41V的电压通过+15V进入到U9的第2脚和R123使能U9的第7脚，使得U9、L4、C59进行震荡输出，R126和R125分压后反馈到U9的第5脚，使得+5V稳定输出4.88V供后级的各个模块使用，D29起保护+5V位置输出电压高压5V。
③同理，②中的4.88V通过+5V进入到稳压LDO即U10稳压为3.3V供控制电路使用。
④同理，②中的4.88V通过+5V经二极管D63和D64分压后输出4.28V供无线通讯模块使用。电源转换电路也可以采用现有的电路设计。
抱闸电路参见图10，电池电压48V经VIN+后其中一路流向U7的第3脚向后级电路供电，U7第二脚SD由内部的5uA上拉电流经R68导通Q9，使得U7 SD脚的电压为0V，U7关闭输出。当控制器需要控制机器人运动时，通过SPEED和R73输出低电平，Q9截止，U7的SD脚电压得以上升到大于1.225V，U7开启向+24V位置输出16.1V向抱闸供电，抱闸打开，电机得以运转。D30使得U7开启输出时稳定+24V位置输出的电压不高于24V，U7关闭后对抱闸线圈进行续流保护U7。U7型号为lm5575mh。
进一步地，所述电机设有用于检测电机转子旋转角度的霍尔传感电路，霍尔传感电路与控制电路信号连接，所述驱动电路包括3个单相驱动电路，3个单相驱动电路分别与电机连接，所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；霍尔传感电路设有与3个单相驱动电路相匹配的3个反馈端，3个反馈端将检测到的电机转子位置信息发送给控制电路，控制电路判断3个单相驱动电路的导通顺序，并控制3个单相驱动电路工作。
霍尔传感电路如图4所示，P7为霍尔传感电路，采集电机的转速；目前电机采用三相供电模式，通过3个单相驱动电路对电机进行供电。
进一步地，所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；所述单相开关管电路包括mos管Q1、mos管Q12、高平输入端、低平输入端以及输出端；mos管Q1的源极与电源正极连接，mos管Q1的漏极分别与mos管Q12的源极、输出端连接，mos管Q12的源极接地，高平输入端通过电阻R3与mos管Q1的栅极连接，低平输入端通过电阻R25与mos管Q12的栅极连接；开关驱动电路包括启动器U12，所述系统还包括芯片U13，控制电路向U13的输入端发送控制信号，U13向相应的驱动器U12发送启动信号，驱动器U12向相应的单相开关管电路的高平输入端、低平输入端输出高电平和低电平，使得该单相开关管电路的mos管Q1导通、mos管Q12截止，并对电机供电。
进一步地，启动器U12连接有升压电路，启动器U12的HB端与VS端之间连接有电容C15，启动器U12的VCC端依次通过二极管D46、电容C15与VS端连接，VS 端还与mos管Q1的漏极连接。U12型号为IR2181S；U13型号为74HC573。
三相供电分别为A、B、C相电供电；图2、图5为驱动电路中的A相驱动电路，其他两相驱动电路电路与A相相同，当机器人得到上升或下降命令后，控制电路先对图3中U13的第1脚输出低电平以打开U13其他脚的保护，然后从电机内置的霍尔传感器通过HALLA、HALLB、HALLC检测到电机转子位置以判断电机ABC三相的高低电平导通顺序。如当A相需要高电平时，控制电路向U13的PWM_LA输入低电平同时向PWM_HA输入与控制者输入的速度相对应的3.3V的PWM信号，此时U13的LI_A输出低电平而HI_A输出相对应的5V的PWM信号。MOS管前级预驱动U12的第2脚得到低电平后第4脚输出低电平，该低电平经过电阻R25后控制功率MOS管Q12关闭；当PWM当中的高电平流向U12的第1脚时，U12的第7脚输出高电平经过R3后使Q1导通，电机的A相得到高电平。但是当Q1导通后，Q1的源极（2脚）和漏极（3脚）电压相同，此时如果还想维持Q1导通，Q1的栅极（1脚）必须比电源电压高4到15V，故此引入了升压电路：如图2中的U12、C15和D46组成，当PWM中的低电平输入U12后通过第7脚输出低电平，Q1截止，U12的第6脚VSA为低电平，电源通过D46向C15冲电；当PWM中的高电平输入U12后通过第7脚输出高电平，Q1导通，VSA为VCC，D46截止，但是C15充的电还在，所以U12的第8脚得到VCC加上电容C15的电压，如此PWM的循环使得Q1得以维持导通。
进一步地，单相开关管电路的高频输入端与输出端之间设有稳压二极管D13，稳压二极管D13的正极与输出端连接，低频输入端通过稳压二极管D35接地，稳压二极管D35的正极接地。
进一步地，所述电阻R3并联有二极管D1，二极管D1的负极与高频输入端连接；二极管D1的正极与输出端之间设有电阻R12。
进一步地，所述电阻R25并联有二极管D24，二极管D24的负极与低频输入端连接；二极管D24的正极通过电阻R48接地。
图5中的D13和D35是起防止MOS的栅极电压输入超过15V击穿MOS管；D1、R12和D24、R48起MOS关闭时抵消由于MOS内部存在寄生电容而引起的关闭延时时间，使得MOS的开启和关闭更快速，从而减少MOS的开关损耗。
进一步地，控制电路还连接有无线通讯模块。
无线通信模块可以为3G模块、蓝牙模块等，设置无线通信模块后，控制电路可以通过无线通信模块与外界进行通讯，控制者能远距离操控。
进一步地，还包括电压检测电路和电流检测电路；电压检测电路和电流检测电路分别与控制电路信号连接。
设置电源检测电路和电流检测电路，用于检测电池电量。其次起到保护机器人，防止过流。
本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种升降机器人系统，其特征在于：包括：
用于爬行绳索的电机；
用于控制电机移动的驱动电路；
用于锁死电机转子的抱闸；
用于控制抱闸工作的抱闸电路；
电源转换电路；
控制电路；
电源转换电路对抱闸电路、控制电路、驱动电路供电，驱动电路控制电源对电机供电，控制电路分别与抱闸电路、驱动电路信号连接；
所述电机设有用于检测电机转子旋转角度的霍尔传感电路，霍尔传感电路与控制电路信号连接，所述驱动电路包括3个单相驱动电路，3个单相驱动电路分别与电机连接，所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；霍尔传感电路设有与3个单相驱动电路相匹配的3个反馈端，3个反馈端将检测到的电机转子位置信息发送给控制电路，控制电路判断3个单相驱动电路的导通顺序，并控制3个单相驱动电路工作；
所述单相驱动电路包括单相开关管电路和开关驱动电路；所述单相开关管电路包括mos管Q1、mos管Q12、高平输入端、低平输入端以及输出端；mos管Q1的源极与电源正极连接，mos管Q1的漏极分别与mos管Q12的源极、输出端连接，mos管Q12的源极接地，高平输入端通过电阻R3与mos管Q1的栅极连接，低平输入端通过电阻R25与mos管Q12的栅极连接；开关驱动电路包括启动器U12，所述系统还包括芯片U13，控制电路向U13的输入端发送控制信号，U13向相应的驱动器U12发送启动信号，驱动器U12向相应的单相开关管电路的高平输入端、低平输入端输出高电平和低电平，使得该单相开关管电路的mos管Q1导通、mos管Q12截止，并对电机供电；
控制电路还连接有无线通讯模块。
2.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：启动器U12连接有升压电路，启动器U12的HB端与VS端之间连接有电容C15，启动器U12的VCC端依次通过二极管D46、电容C15与VS端连接，VS 端还与mos管Q1的漏极连接。
3.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：单相开关管电路的高频输入端与输出端之间设有稳压二极管D13，稳压二极管D13的正极与输出端连接。
4.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：低频输入端通过稳压二极管D35接地，稳压二极管D35的正极接地。
5.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：所述电阻R3并联有二极管D1，二极管D1的负极与高频输入端连接；二极管D1的正极与输出端之间设有电阻R12。
6.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：所述电阻R25并联有二极管D24，二极管D24的负极与低频输入端连接；二极管D24的正极通过电阻R48接地。
7.根据权利要求1所述的一种升降机器人系统，其特征在于：还包括电压检测电路和电流检测电路；电压检测电路和电流检测电路分别与控制电路信号连接。
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